Ученые из Сколтеха нашли способ описать квантовые связи в кристаллах

Традиционные расчеты уравнения Шредингера дают точные результаты, но остаются математически непрозрачными: даже для десяти электронов система описывается в 30-мерном пространстве. В кристаллах привычные орбитали теряют четкость, «размазываясь» по структуре, из-за чего химики сталкиваются с трудностями при интерпретации природы связей.

В основе разработки лежит использование функций Ванье, которые позволяют вернуть локализацию электронов вокруг атомов. Авторы развили этот метод, проецируя функции на атомные орбитали с сохранением симметрии. По словам руководителя Лаборатории дизайна материалов Артема Оганова, такой подход делает возможным расчет зарядов атомов, энергии конкретных связей и вкладов ионного или ковалентного взаимодействия.

Практическую пользу модели наглядно демонстрирует пример фосфида бора. В этом кристалле распределение зарядов противоречит классическим представлениям об электроотрицательности: отрицательный заряд концентрируется на атомах бора, а не фосфора. Разработанный метод впервые дает понятное химическое объяснение этому феномену, объединяя строгие неэмпирические расчеты с интуитивно ясной интерпретацией.